(57)【要約】【課題】  フォトリソグラフィ以外の方法を使用することにより、基板の上に微細な周期を有する物質層を形成する方法を提供する。【解決手段】  真空容器１中に、矩形に切断したウエハ２を、その両端を振動子３、４に固定して載置する。この状態で、振動子３、４を、同一周波数、同一位相で上下に振動させると、ウエハ２にその両端を腹とする定在波が発生する。一方、ヒータ６によってレジスト容器５を加熱してレジストを蒸発させる。蒸発したレジストは分子状となって、ウエハ２に蒸着する。このとき、ウエハ２の振動の節に当たる部分ではウエハ２の振動が小さいのでレジストがウエハ２に蒸着しやすい。これに対し、ウエハ２の振動の腹に当たる部分ではウエハ２の振動が大きいので、レジストが跳ね飛ばされてウエハ２に蒸着しにくくなる。これによって、ウエハ２に形成されるレジスト７の層の厚さは、ウエハ２の振動の周期の１／２の周期を有するものとなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を加振して前記基板上に振動の定在波が存在する状態とし、この状態で前記基板に物質を付着させることにより、前記基板上に、前記定在波の形状に応じた厚さ分布を有する前記物質の層を形成することを特徴とする基板上に物質層を形成する方法。
【請求項２】
前記基板が矩形状であって、その両端又は１端から加振され、前記定在波が１次元の平面波であって、前記物質の層の厚さの分布が前記矩形の加振されている辺に平行な線状の厚さ分布であることを特徴とする請求項１に記載の基板上に物質層を形成する方法。
【請求項３】
前記定在波の周期が200nm以下であることを特徴とする請求項２に記載の基板上に物質層を形成する方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の基板上に物質層を形成する方法を使用し、前記基板であるウエハ上に、前記物質の層としてレジスト層を形成し、その後、前記レジスト層を減厚することにより、前記基板上に前記レジストのＬ／Ｓパターンを形成し、その後、前記レジストのＬ／Ｓパターンをマスクとして前記ウエハをエッチングして、ウエハ上にＬ／Ｓパターンを形成する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載の基板上に物質層を形成する方法を使用し、前記基板である光学基材上に、前記物質の層としてレジスト層を形成し、その後、前記レジスト層と前記光学基材の両方を同時にエッチングすることにより、前記光学基材表面に直線状の凹凸パターンを形成する工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の上に物質層を形成する方法、半導体デバイスの製造方法、及び光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリの大容量化や、ＣＰＵプロセッサの高速化、大容量化の進展と共に、半導体デバイスの集積度を高める必要性がさらに大きくなってきており、微細なＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）からなるパターンを形成するための開発がなされている。従来は、このようなパターンの形成は、専らフォトリソグラフィを使用して行われてきている。
【０００３】
フォトリソグラフィにおいては、形成できるパターンの線幅は、露光装置の解像度によって決定され、露光装置の解像度は、露光装置のＮＡと使用波長により決定される。このうちＮＡを大きくすることには限界があるため、使用波長を短くすることが検討され、現在では、波長が193nmのArＦレーザを使用した露光装置が使用され、その解像度は約100nmとされている。さらに解像度を高めるために、極端紫外線（ＥＵＶ光）を使用した露光装置の開発が進められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上説明したように、現在でのＬ／Ｓパターンの線幅は、100nm程度が限界である。本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、フォトリソグラフィ以外の方法を使用することにより、基板の上に微細な周期を有する物質層を形成する方法、及びこの方法を使用した半導体デバイスの製造方法、光学素子の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するための第１の手段は、基板を加振して前記基板上に振動の定在波が存在する状態とし、この状態で前記基板に物質を付着させることにより、前記基板上に、前記定在波の形状に応じた厚さ分布を有する前記物質の層を形成することを特徴とする基板上に物質層を形成する方法である。
【０００６】
基板を加振することにより、基板上に振動の定在波が存在するような状態として、例えば蒸着やスパッタリングにより基板に物質を付着させると、振動の腹の部分では振動により物質が振り落とされるので物質の付着量が少なくなり、振動の節の部分ではこのようなことが少ないので物質の付着量が多くなる。よって、定在波のパターンに応じた厚さ分布を有する物質の層を、基板上に形成することができる。
【０００７】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記基板が矩形状であって、その両端又は１端から加振され、前記定在波が１次元の平面波であって、前記物質の層の厚さの分布が前記矩形の加振されている辺に平行な線状の厚さ分布であることを特徴とするものである。
【０００８】
基板を矩形とし、その両端又は１端から振動を与えて、定在波が１次元の平面波（すなわち平行な線状の腹と節を有する定在波）とすると、基板に付着する物質の層の厚さの分布が前記矩形の加振されている辺に平行な線状の厚さ分布となる。これにより、一種のＬ／Ｓパターンを形成することができる。振動の周波数を高くすれば、振動の周期が短くなり、細かなピッチのＬ／Ｓパターンを形成することができる。
【０００９】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記定在波の周期が200nm以下であることを特徴とするものである。
【００１０】
定在波の周期を200nm以下とすると、基板の上に形成される物質の厚さの変動周期が100nm以下となり、フォトリソグラフィで形成することが困難であった微細な凹凸構造を形成することができる。
【００１１】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第２の手段又は第３の手段を使用し、前記基板であるウエハ上に、前記物質の層としてレジスト層を形成し、その後、前記レジスト層を減厚することにより、前記基板上に前記レジストのＬ／Ｓパターンを形成し、その後、前記レジストのＬ／Ｓパターンをマスクとして前記ウエハをエッチングして、ウエハ上にＬ／Ｓパターンを形成する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【００１２】
本手段においては、前記第２の手段により、ウエハ上にレジストのＬ／Ｓパターンを形成する。しかしながら、このＬ／Ｓは完全なＬ／Ｓパターではなく、スペースに当たる部分にもレジストがある程度付着している。よって、溶解度を調整することにより、レジスト層の薄い部分ではレジストが完全に溶解して除去され、レジスト層の厚い部分にのみレジストが残るようにして、完全なＬ／Ｓパターンのレジスト層を形成する。そして、この残ったレジスト層をマスクとしてウエハをエッチングすることにより、ウエハ上にＬ／Ｓパターンを形成することができる。
【００１３】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第２の手段又は第３の手段を使用し、前記基板である光学基材上に、前記物質の層としてレジスト層を形成し、その後、前記レジスト層と前記光学基材の両方を同時にエッチングすることにより、前記光学基材表面に直線状の凹凸パターンを形成する工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法である。
【００１４】
本手段においても、前記第２の手段又は第３の手段により、ウエハ上にレジストの直線状凹凸パターンを形成する。そして、レジスト層と光学基材の両方を同時にエッチングすることにより、レジストの形状を光学基材に転写して、光学基材表面に直線状の凹凸パターンを形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フォトリソグラフィ以外の方法を使用することにより、基板の上に微細な周期を有する物質層を形成する方法、及びこの方法を使用した半導体デバイスの製造方法、光学素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である、ウエハの上にレジスト層を形成する方法を示す図である。（ａ）に示すように、真空容器１中に、矩形に切断したウエハ２を、その両端を振動子３、４に固定して載置する。（ｂ）はこの状態を上から見た図である。
【００１７】
この状態で、振動子３、４を、同一周波数、同一位相で上下に振動させると、図２（ａ）に示すように、ウエハ２にその両端を腹とする定在波（横波）が発生する。この定在波の周期Ｌは、ウエハ２の材質、寸法、加振周波数によって決定される。
【００１８】
一方、真空容器１のヒータ６の上に、レジストを収納したレジスト容器５を載せ、ヒータ６によってレジスト容器５を加熱してレジストを蒸発させる。蒸発したレジストは分子状となって、ウエハ２に蒸着する。このとき、ウエハ２の振動の節に当たる部分ではウエハ２の振動が小さいのでレジストがウエハ２に蒸着しやすい。これに対し、ウエハ２の振動の腹に当たる部分ではウエハ２の振動が大きいので、レジストが跳ね飛ばされてウエハ２に蒸着しにくくなる。これによって、ウエハ２に形成されるレジスト７の層の厚さは、図２（ｂ）に示す如く、ウエハ２の振動の周期の１／２の周期を有するものとなる。
【００１９】
振動子として、水晶、LiNbＯ３、LiTaＯ３、ＫNbＯ３等の単結晶や、ZnＯなどの薄膜、その他の圧電セラミックス、圧電高分子膜等の圧電体を用い、これらに100ＧHz程度の電圧を加えることにより、前述のウエハ２の振動の周期を５０〜200nm程度にすることができる。よって、ウエハ２に形成されるレジスト層の厚さの周期を２５〜100nmとすることができ、従来のリソグラフィでは製造が困難であった微小な厚さ周期を有するレジスト層を形成することができる。
【００２０】
なお、上記の例においては、蒸着による成膜方法を使用しているが、スパッタリング法によってもよく、その他、物質を蒸気の形にしたり、微細な分子レベルでの集合体としたり、微細な粒子としたりすること等により、物質を基板に付着させて成膜を行う方法であれば、適宜選択して用いることができる。
【００２１】
以下、上記のようにしてレジスト７をウエハ２を用いて、ウエハ２にＬ／Ｓパターンを形成する例を図３に示す。上記のような工程により、図２（ａ）に示すような形状のレジスト７がウエハの上に成膜される。このレジスト７を、フォトリソグラフィで使用される現像液を使用して減厚することにより、レジスト７の谷の部分がなくなり、山の部分が残るようにする。これにより、レジスト７のＬ／Ｓパターンが形成される（ｂ）。続いて、残ったレジスト７をマスクとしてウエハ２をエッチングすることにより、ウエハ２に図２（ｃ）に示すような凹凸構造を形成する。最後に、レジストを溶解除去することにより、ウエハ２上にＬ／Ｓパターンが形成されたものが残る（ｄ）。
【００２２】
以下、微細な凹凸の線状繰り返しパターンを有する光学素子の製造方法の例を、図４を用いて説明する。ウエハの代わりに光学基材８を使用して、図１に示したような方法で、光学基材８の上に、線状の凹凸繰り返しパターンを有するレジスト７を成膜する（ａ）。そして、レジスト７と光学基材８を同時にドライエッチングすることにより、レジスト７に形成された凹凸パターンを光学基材に転写する（ｂ）。これは、マイクロレンズを製造するための工程として周知の方法であるが、これにより、表面に線状の凹凸繰り返しパターンを有する光学基材８からなる光学素子が製造される。光学基材としては、ガラス、石英等が一般的に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の１例である、ウエハの上にレジスト層を形成する方法を示す図である。
【図２】ウエハを振動させた場合のレジスト層の形成過程を示す図である。
【図３】図１に示すような方法でレジストを成膜したウエハを用いて、ウエハ２にＬ／Ｓパターンを形成する例を示す図である。
【図４】図１に示すような方法でレジストを成膜した光学基材を用いて、微細な凹凸の線状繰り返しパターンを有する光学素子を形成する例を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…真空容器、２…ウエハ、３…振動子、４…振動子、５…レジスト容器、６…ヒータ、７…レジスト、８…光学基材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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